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TWI631360B - 多位準脈衝器及相關的設備和方法 - Google Patents

多位準脈衝器及相關的設備和方法 Download PDF

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TWI631360B
TWI631360B TW105139662A TW105139662A TWI631360B TW I631360 B TWI631360 B TW I631360B TW 105139662 A TW105139662 A TW 105139662A TW 105139662 A TW105139662 A TW 105139662A TW I631360 B TWI631360 B TW I631360B
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陳凱亮
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泰勒Ｓ 拉司頓
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Butterfly Network, Inc.
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Abstract

針對於一種裝置之設備和方法係被提出，該設備係包含至少一超音波換能器、一耦接至該至少一超音波換能器的多位準的脈衝器；該多位準的脈衝器係包含複數個被配置以接收個別的輸入電壓的輸入端子、一被配置以提供一輸出電壓的輸出端子、以及一在一第一輸入端子與該輸出端子之間的信號路徑，該信號路徑係包含一耦接至一第一二極體的具有一第一導電類型的第一電晶體、以及並聯的一耦接至一第二二極體的具有一第二導電類型的第二電晶體。

Description

多位準脈衝器及相關的設備和方法
本申請案係有關於具有一多位準的脈衝器及/或一位準轉換器之超音波裝置。
相關申請案之交互參照
此申請案是根據第35號美國法典第120條主張2015年12月2日申請的美國專利申請案序號14/957,382的益處的一接續案，該美國專利申請案的代理人文件編號為B1348.70019US00並且名稱為"多位準脈衝器及相關的設備和方法"，該美國專利申請案茲在此以其整體納入作為參考。
此申請案也是根據第35號美國法典第120條主張2015年12月2日申請的美國專利申請案序號14/957,398的益處的一接續案，該美國專利申請案的代理人文件編號為B1348.70020US00並且名稱為"位準轉換器及相關的方法和設備"，該美國專利申請案茲在此以其整體納入作為參考。
超音波裝置可被利用來執行診斷的成像及/或處理。超音波成像可被利用來檢視內部軟組織的身體結構。超音波成像可被用來找出疾病的來源、或是排除任何病狀。超音波裝置係利用具有高於人類可聽見的那些頻率之聲波。超音波影像係藉由利用一探針來傳送超音波的脈衝到組織內而加以做成的。該些聲波係從該組織反射，其中不同的組織係反射變 化程度的聲音。這些反射的聲波可被記錄及顯示為一影像給操作者。該聲音信號的強度(振幅)以及該波行進通過身體所花的時間係提供被用來產生一影像的資訊。
許多不同類型的影像都可以利用超音波裝置來加以形成。該些影像可以是即時的影像。例如，展示組織的二維的橫截面、血液流動、組織隨著時間的運動、血液的位置、特定分子的存在、組織的硬度、或是一個三維的區域的剖析之影像可加以產生。
根據本申請案的特點，其係提出有設備和針對於一設備之方法，該設備係包含至少一超音波換能器、一耦接至該至少一超音波換能器的多位準的脈衝器；該多位準的脈衝器係包含複數個被配置以接收個別的輸入電壓的輸入端子、一被配置以提供一輸出電壓的輸出端子、以及一在一第一輸入端子與該輸出端子之間的信號路徑，其係包含一耦接至一第一二極體的具有一第一導電類型的第一電晶體、以及並聯的一耦接至一第二二極體的具有一第二導電類型的第二電晶體。
根據本申請案的特點，其係提出有針對於一多位準的脈衝器之設備和方法，該多位準的脈衝器係包含複數個被配置以接收個別的輸入電壓的輸入端子、一被配置以提供一輸出電壓的輸出端子、以及一在一第一輸入端子與該輸出端子之間的信號路徑，其係包含一耦接至一第一二極體的具有一第一導電類型的電晶體、以及並聯的一耦接至一第二二極體的具有一第二導電類型的電晶體。
根據本申請案的特點，一種設備係被提出，其係包括至少一 在一基板上的超音波換能器、以及一在該基板上耦接至該至少一超音波換能器的位準轉換器。該位準轉換器係包含一被配置以接收一輸入電壓的輸入端子、一被配置以提供一從該輸入電壓被位準轉換的輸出電壓的輸出端子、以及一耦接在該輸入端子與該輸出端子之間的電容器。該位準轉換器進一步包含一二極體，其係以逆向偏壓的配置而耦接在一主動的高電壓元件的一輸入與一高電壓的電源供應器的一第一電壓之間。在某些此種實施例中，該主動的高電壓元件的輸入係耦接至該電容器的一輸出。
根據本申請案的特點，一種位準轉換器係被提出，其係包括一被配置以接收一輸入電壓的輸入端子、一被配置以提供一從該輸入電壓被位準轉換的輸出電壓的輸出端子、一耦接在該輸入端子與該輸出端子之間的電容器、以及一二極體，其係以逆向偏壓的配置而耦接在一主動的高電壓元件的一輸入與一高電壓的電源供應器的一第一電壓之間。在某些實施例中，該主動的高電壓元件的輸入係耦接至該電容器的一輸出。
100‧‧‧電路
102a-102n‧‧‧超音波換能器
104a-104n‧‧‧電路通道
106a-106n‧‧‧位準轉換器
108a-108n‧‧‧多位準的脈衝器
110a-110n‧‧‧接收開關
112a-112n‧‧‧放大器
114‧‧‧平均電路
116‧‧‧自動歸零的區塊
118‧‧‧時間增益補償電路
120‧‧‧衰減器
122‧‧‧固定增益的放大器
124‧‧‧ADC驅動器
125a‧‧‧第一ADC驅動器
125b‧‧‧第二ADC驅動器
126‧‧‧類比至數位轉換器(ADC)
128a‧‧‧第一基板
128b‧‧‧第二基板
200‧‧‧多位準的脈衝器
201‧‧‧脈衝器
2011-201N‧‧‧電路區塊
202‧‧‧節點
301‧‧‧位準轉換器
302‧‧‧位準轉換器
500‧‧‧多位準的脈衝
501、502‧‧‧負脈衝
503‧‧‧正脈衝
504‧‧‧負脈衝
505、506‧‧‧正脈衝
C、CM、CP‧‧‧電容器
D2、D3、D2i-2、D2i-1、DM、DP‧‧‧二極體
IM1、IM2、IM3、IM4‧‧‧反相器
IP1、IP2、IP3‧‧‧反相器
T1 pMOS電晶體
T2‧‧‧pMOS電晶體
T3‧‧‧nMOS電晶體
T4、T5、T6‧‧‧電晶體
T2i-2‧‧‧pMOS電晶體
T2i-1‧‧‧nMOS電晶體
T2N-2‧‧‧nMOS電晶體
VDD‧‧‧參考電壓
VG1、VG2、VG3、VG4、VG5、VG6、VG2i-2、VG2i-1、VG2N-2‧‧‧信號
VIN2i-2、VIN2i-1‧‧‧輸入電壓(控制信號)
VMID2、VMIDi‧‧‧參考電壓
VSS‧‧‧參考電壓
本申請案的各種特點及實施例將會參考以下的圖式來加以描述。應該體認到的是，該些圖並不一定按照比例繪製。出現在多個圖中的項目係在所有它們出現的圖中藉由相同的元件符號來加以指出。
圖1是根據本申請案之一非限制性的實施例的一種超音波裝置的方塊圖，其係包含一多位準的脈衝器及/或一位準轉換器。
圖2是描繪根據本申請案之一非限制性的實施例的一種多位準的脈衝器的一非限制性的電路圖。
圖3A係描繪根據本申請案之一非限制性的實施例的一種位準轉換器 的一第一實施例的電路圖。
圖3B係描繪根據本申請案之一非限制性的實施例的一種位準轉換器的一第二實施例的電路圖。
圖4A係描繪根據本申請案之一非限制性的實施例，圖2的電路在一多位準的脈衝形成的一第一階段期間的一非限制性的等效電路。
圖4B係描繪根據本申請案之一非限制性的實施例，圖2的電路在一多位準的脈衝形成的一第二階段期間的一非限制性的等效電路。
圖4C係描繪根據本申請案之一非限制性的實施例，圖2的電路在一多位準的脈衝形成的一第三階段期間的一非限制性的等效電路。
圖4D係描繪根據本申請案之一非限制性的實施例，圖2的電路在一多位準的脈衝形成的一第四階段期間的一非限制性的等效電路。
圖4E係描繪根據本申請案之一非限制性的實施例，圖2的電路在一多位準的脈衝形成的一第五階段期間的一非限制性的等效電路。
圖4F係描繪根據本申請案之一非限制性的實施例，圖2的電路在一多位準的脈衝形成的一第六階段期間的一非限制性的等效電路。
圖5是描繪根據本申請案之一非限制性的實施例的一時間相依的多位準的脈衝以及控制信號的一非限制性的例子之圖。
發明人已經認知且體認到發送高強度的脈衝所必需的功率可以藉由形成具有多個位準的電性脈衝來大幅度地降低。
本申請案的特點係有關於高強度聚焦超音波(HIFU)的程序，其可被用來在目標上聚焦高強度的超音波能量，以藉由選擇性地增加 該目標或是該目標周圍的區域的溫度來治療疾病或受損的組織。HIFU程序可被使用於治療或是剝蝕的目的。脈衝式信號可被用來產生HIFU。根據本申請案的特點，此種高強度的脈衝的產生可能會需要數十到數百伏特的驅動電壓。
和典型的具有一"低"電壓以及一"高"電壓的2位準的脈衝的產生相關的功率消耗係成比例於該高電壓的平方。例如，一具有一等於0的"低"電壓的2位準的脈衝的產生係需要一功率等於：P(2)=C*V2*f
其中P(2)是產生該2位準的脈衝所需的功率，C是接收該脈衝的負載的電容，V是該"高"電壓，並且f是該2位準的脈衝的重複頻率。
根據本申請案的特點，和用於HIFU程序的脈衝的產生相關的功率消耗可能會超過數十到數千瓦，因此使得該電路產生相當大量的熱。
本申請案的特點係有關於被設計以減少功率消耗及散熱之多位準的脈衝器。
再者，本申請案的特點係有關於一種被配置以驅動該多位準的脈衝器之位準轉換器電路。相較於典型的位準轉換器，在此揭露的位準轉換器可以耗散非常低的功率。於是，功率可以只在一位準被切換時才被耗散，而靜態的功率消耗可以是可忽略的。
上述的特點及實施例以及額外的特點及實施例係在以下進一步加以描述。這些特點及/或實施例可以個別地、全部一起地、或是以兩個或多個的任意組合來加以利用，因為本申請案在此方面並未受限的。
圖1是描繪根據本申請案之一非限制性的實施例的一用於 處理接收到的超音波信號的電路。該電路100係包含N個超音波換能器102a...102n，其中N是一整數。該些超音波換能器在某些實施例中是產生代表接收到的超音波信號的電性信號之感測器。該些超音波換能器在某些實施例中也可以發送超音波信號。該些超音波換能器在某些實施例中可以是電容式微加工的(micromachined)超音波換能器(CMUT)。該些超音波換能器在某些實施例中可以是壓電微加工的超音波換能器(PMUT)。另外的替代類型的超音波換能器也可被使用在其它實施例中。
該電路100進一步包括N個電路通道104a...104n。該些電路通道可以對應於一個別的超音波換能器102a...102n。例如，可以有八個超音波換能器102a...102n、以及八個對應的電路通道104a...104n。在某些實施例中，超音波換能器102a...102n的數量可以是大於電路通道的數量。
根據本申請案的特點，該些電路通道104a...104n可包含發送電路。該發送電路可包含位準轉換器106a...106n，其係耦接至個別的多位準的脈衝器108a...108n。該些多位準的脈衝器108a...108n可以控制該個別的超音波換能器102a...102n來發射超音波信號。
電路通道104a...104n亦可包含接收電路。該些電路通道104a...104n的接收電路可以接收從個別的超音波換能器102a...102n輸出的電性信號。在該舉例說明的例子中，每一個電路通道104a...104n係包含一個別的接收開關110a...110n以及一放大器112a...112n。該些接收開關110a...110n可以被控制以啟動/停止一電性信號從一給定的超音波換能器102a...102n的讀出。更一般而言，該些接收開關110a...110n可以是接收電路，因為一開關的替代物可被採用以執行相同的功能。該些放大器112a...112n可以是跨 阻抗放大器(TIA)。
該電路100進一步包括一平均電路114，其在此亦被稱為一加總器或是一加總放大器。在某些實施例中，該平均電路114是一緩衝器或一放大器。該平均電路114可以從該些放大器112a...112n中的一或多個接收輸出信號，並且可以提供一平均的輸出信號。該平均的輸出信號可以部分藉由相加或是相減來自該各種的放大器112a...112n的信號來加以形成。該平均電路114可包含一可變的回授電阻。該可變的回授電阻的值可以動態地根據該平均電路接收信號所來自的放大器112a...112n的數量來加以調整。該平均電路114係耦接至一自動歸零的區塊116。
該自動歸零的區塊116係耦接至一時間增益補償電路118，該時間增益補償電路118係包含一衰減器120以及一固定增益的放大器122。時間增益補償電路118係經由ADC驅動器124來耦接至一類比至數位轉換器(ADC)126。在該舉例說明的例子中，該些ADC驅動器124係包含一第一ADC驅動器125a以及一第二ADC驅動器125b。該ADC 126係數位化來自該平均電路114的信號。
儘管圖1是描繪一些構件作為一超音波裝置的一電路的部分，但應該體認到的是，在此所述的各種特點並不限於所描繪的確切的構件或是構件的配置。例如，本申請案的特點係有關於該些多位準的脈衝器108a...108n以及該些位準轉換器106a...106n。
圖1的構件可以是位在單一基板上、或是在不同的基板上。例如，如同所繪的，該些超音波換能器102a...102n可以是在一第一基板128a上，並且其餘所描繪的構件可以是在一第二基板128b上。該第一及/或第二 基板可以是半導體基板，例如是矽基板。在一替代實施例中，圖1的構件可以是在單一基板上。例如，該些超音波換能器102a...102n以及該舉例說明的電路可以單石地被整合在相同的半導體晶粒上。此種整合可以藉由利用CMUT作為該些超音波換能器而變得容易。
根據一實施例，圖1的構件係構成一超音波探針的部分。該超音波探針可以是手持式的。在某些實施例中，圖1的構件係構成一被配置以藉由一病患加以穿戴的超音波貼片的部分。
圖2是描繪根據本申請案的特點之一種多位準的脈衝器的電路圖。在某些實施例中，多位準的脈衝器200可被配置以發送一脈衝至電容器C。電容器C可以代表和一超音波換能器相關的電容。例如，電容器C可以代表一電容式微加工的超音波換能器(CMUT)。然而，多位準的脈衝器200可被配置以發送一脈衝至一電阻器、一電阻性網路、或是一呈現電阻性及電抗性元件的任何適當的組合之網路。
在圖2所描繪的非限制性的實施例中，多位準的脈衝器200係被配置以提供一N位準的脈衝，其中N可以具有任何大於2的值。和N位準的脈衝器至電容器C的發送相關的功率消耗P(N)是等於：P(N)=C*V2*f/(N-1)
其中f是該脈衝式波形的重複頻率。於是，相較於典型的2位準的脈衝器，功率消耗係被降低一因數N-1。
在某些實施例中，N位準的脈衝器200可包括2N-2個電晶體以及2N-4個二極體。然而，任何適當數量的電晶體都可被使用。在該2N-2個電晶體中，N-1個可以呈現一種導電類型，而N-1個可以呈現相反的導電 類型。然而任何其它適當的導電類型的組合都可被使用。例如，N-1個電晶體可以是nMOS，並且N-1個電晶體可以是pMOS。然而，任何其它適當類型的電晶體都可被使用。
N位準的脈衝器200可包括N個電路區塊2011、2012...201N。該N個電路區塊可以連接至節點202。電容器C的一端子亦可以是連接至節點202。電容器C的第二端子可以連接至接地。電路區塊2011可包括pMOS電晶體T1，其係使得源極連接至一參考電壓VDD，並且汲極連接至節點202。參考電壓VDD可以是一電壓供應。電晶體T1的閘極可以藉由信號VG1來加以驅動。
電路區塊201N可包括nMOS電晶體T2N-2，其係使得源極連接至一參考電壓VSS，並且汲極連接至節點202。在某些實施例中，參考電壓VSS可以是小於參考電壓VDD。然而，脈衝器200在此方面並未受限的。再者，參考電壓VSS可以是正的、負的、或是等於零。電晶體T2N-2的閘極可以藉由信號VG2N-2來加以驅動。
在某些實施例中，電路區塊2012可包括兩個電晶體T2及T3、以及兩個二極體D2及D3。電晶體T2以及二極體D2可以是串聯連接的，並且電晶體T3以及二極體D3亦可以是串聯連接的。該兩個串聯可加以並聯連接。在某些實施例中，T2可以是一pMOS電晶體，其係使得源極連接至參考電壓VMID2，並且汲極連接至D2的陽極，並且T3可以是一nMOS電晶體，其係使得源極連接至VMID2，並且汲極連接至D3的陰極。在某些實施例中，VMID2可以是大於VSS，並且小於VDD。D2的陰極以及D3的陽極可以連接至節點202。再者，T2的閘極可以藉由信號VG2來加以驅動，並且T3的閘極可以 藉由信號VG3來加以驅動。
在某些實施例中，電路區塊201i(其中i可以具有任何在3到N-1之間的值)可包括兩個電晶體T2i-2及T2i-1、以及兩個二極體D2i-2以及D2i-1。電晶體T2i-2以及二極體D2i-2可以是串聯連接的，並且電晶體T2i-1以及二極體D2i-1亦可以是串聯連接的。該兩個串聯可加以並聯連接。在某些實施例中，T2i-2可以是一pMOS電晶體，其係使得源極連接至參考電壓VMIDi，並且汲極連接至D2i-2的陽極，並且T2i-1可以是一nMOS電晶體，其係使得源極連接至VMIDi，並且汲極連接至D2i-1的陰極。在某些實施例中，VMIDi可以是大於VSS，並且小於VMID2。D2i-2的陰極以及D2i-1的陽極可以連接至節點202。再者，T2i-2的閘極可以藉由信號VG2i-2來加以驅動，並且T2i-1的閘極可以藉由信號VG2i-1來加以驅動。
對於任意的i值而言，VDD、VSS及VMIDi可以具有介於約-300V到300V之間的值、介於約-200V到200V之間的值、或是任何適當的值或是值的範圍。其它的值也是可行的。
圖3A及圖3B係描繪根據本申請案的特點的一種位準轉換器電路的兩個非限制性的實施例。在某些實施例中，在圖3A中所示的位準轉換器301可以和脈衝器200被整合在相同的晶片上。在某些實施例中，位準轉換器301可被用來驅動脈衝器200的pMOS電晶體的任一個。例如，位準轉換器301可被用來輸出信號VG2i-2以驅動電晶體T2i-2的閘極。位準轉換器301的輸入電壓VIN2i-2可以是一控制信號，其係具有兩個可能的電壓位準：VSS以及VSS+δV，其中δV可以具有任何適當的值或是值的範圍。在某些實施例中，控制信號VIN2i-2可以藉由一被整合在和位準轉換器301相同晶片上 的電路來加以產生。然而，控制信號VIN2i-2亦可以是藉由一被整合在一個別的晶片上的電路來加以產生。在某些實施例中，位準轉換器301可包括一反相器IM1，接著是電容器CM。反相器IM1的電源接腳可以連接至電壓VSS以及VSS+δV。接在電容器CM之後的可以是一些反相器的系列。在某些實施例中，接在電容器CM之後的是三個反相器IM2、IM3以及IM4。反相器IM2、IM3及IM4的"-"及"+"電源接腳分別可以連接至電壓VMIDi-△V以及VMIDi。在某些非限制性的實施例中，位準轉換器301可包括二極體DM。該二極體DM的陰極可以連接至電容器CM的輸出，而陽極可以連接至該VMIDi-△V軌。儘管位準轉換器301在圖3A的非限制性的實施例中係包括四個反相器，但是任何適當數量的反相器都可以替代地加以使用。輸出電壓VG2i-2可以具有兩個可能的電壓：VMIDi-△V以及VMIDi。
在某些實施例中，在圖3B中所示的位準轉換器302可被整合在和脈衝器200相同的晶片上。在某些實施例中，位準轉換器302可被用來驅動脈衝器200的nMOS電晶體的任一個。例如，位準轉換器302可被用來輸出信號VG2i-1以驅動電晶體T2i-1的閘極。位準轉換器302的輸入電壓VIN2i-1可以是一控制信號，其係具有兩個可能的電壓位準：VSS以及VSS+δV。在某些實施例中，控制信號VIN2i-1可以藉由一被整合在和位準轉換器302相同的晶片上的電路來加以產生。然而，控制信號VIN2i-1亦可以是藉由一被整合在一個別的晶片上的電路來加以產生。在某些實施例中，位準轉換器302可包括一反相器IP1，接著是電容器CP。反相器IP1的電源接腳可以連接至電壓VSS以及VSS+δV。接在電容器CP之後的可以是一些反相器的系列。在某些實施例中，接在電容器CP之後的是兩個反相器IP2以及IP3。反相器IM2以及IM3 的電源接腳可以連接至電壓VMIDi以及VMIDi+△V。在某些非限制性的實施例中，位準轉換器302可包括二極體DP。二極體DP的陰極可以連接至電容器CP的輸出，而陽極可以連接至該VMIDi軌。儘管位準轉換器302在圖3B的非限制性的實施例中係包括三個反相器，但是任何適當數量的反相器都可以替代地加以使用。輸出電壓VG2i-i可以具有兩個可能的電壓：VMIDi以及VMIDi+△V。
根據本申請案的特點，位準轉換器301及302可以只有在一位準被切換時才耗散功率，而靜態的功率可以是可忽略的。電容器CM及CP可以藉由橫跨其儲存一固定的電壓降，而被用來轉換電壓位準。例如，靜態的功率消耗可以是小於100mW、小於1mW、小於1μW、或是小於任何適當的值。
圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、圖4E、以及圖4F係描繪根據本申請案的特點的對應於和一個4位準的脈衝的形成相關的六個階段的脈衝器200的六個快照(snapshot)。在該些圖中，只有作用中的區塊才被展示。儘管在該非限制性的例子中N是等於4，但是任何其它適當的使得N大於2之N的值都可以替代地加以利用。在該例子中，VSS係被設定為0。
圖5是描繪根據本申請案的特點所產生的多位準的脈衝500的一非限制性的例子。在該非限制性的例子中，脈衝500係呈現4個位準：0、VMID3、VMID2、以及VDD。此外，圖5是描繪分別被用來驅動電晶體T1、T2、T3、T4、T5及T6的閘極之6個控制信號VG1、VG2、VG3、VG4、VG5及VG6。和該脈衝產生相關的過程可以被分成6個階段。在t1與t2之間。如同在圖5中所示，脈衝500可以藉由透過VG4來提供一負脈衝504至電晶體T4，而從0被 增大至VMID3。圖4A係描繪在t1與t2之間的脈衝器201。在此期間，電晶體T4的閘極可以藉由一等於VMID3-△V的電壓來加以驅動。△V可被選擇以便於產生一導電的通道，並且使得電晶體T4在源極與汲極之間驅動一電流通過二極體D4。此種電流可以充電電容器C，使得在忽略於T4及D4上的任何電壓降之下，一VMID3的輸出電壓係加以獲得。脈衝504可以透過位準轉換器301來加以獲得。
如同在圖5中所示，在t2與t3之間，脈衝500可以藉由透過VG2來提供一負脈衝502至電晶體T2，以從VMID3被增大至VMID2。圖4B係描繪在t2與t3之間的脈衝器201。在此期間，電晶體T2的閘極可以藉由一等於VMID2-△V的電壓來加以驅動。△V可被選擇以便於產生一導電的通道，並且使得電晶體T2在源極與汲極之間驅動一電流通過二極體D2。此種電流可以充電電容器C，使得在忽略於T2及D2上的任何電壓降之下，一VMID2的輸出電壓係加以獲得。脈衝502可以透過位準轉換器301來加以獲得。
如同在圖5中所示，在t3與t4之間，脈衝500可以藉由透過VG1來提供一負脈衝501至電晶體T1，以從VMID2被增大至VDD。圖4C係描繪在t3與t4之間的脈衝器201。在此期間，電晶體T1的閘極可以藉由一等於VDD-△V的電壓來加以驅動。△V可被選擇以便於產生一導電的通道，並且使得電晶體T1在源極與汲極之間驅動一電流。此種電流可以充電電容器C，使得在忽略於T1上的任何電壓降之下，一VDD的輸出電壓係加以獲得。脈衝501可以透過位準轉換器301來加以獲得。
如同在圖5中所示，在t4與t5之間，脈衝500可以藉由透過VG3來提供一正脈衝503至電晶體T3，以從VDD被降低至VMID2。圖4D係描繪 在t4與t5之間的脈衝器201。在此期間，電晶體T3的閘極可以藉由一等於VMID2+△V的電壓來加以驅動。△V可被選擇以便於產生一導電的通道，並且使得電晶體T3在源極與汲極之間驅動一電流。此種電流可以放電電容器C，使得在忽略於T3及D3上的任何電壓降之下，一VMID3的輸出電壓係加以獲得。脈衝503可以透過位準轉換器302來加以獲得。
如同在圖5中所示，在t5與t6之間，脈衝500可以藉由透過VG5來提供一正脈衝505至電晶體T5，以從VMID2被降低至VMID3。圖4E係描繪在t5與t6之間的脈衝器201。在此期間，電晶體T5的閘極可以藉由一等於VMID3+△V的電壓來加以驅動。△V可被選擇以便於產生一導電的通道，並且使得電晶體T5在源極與汲極之間驅動一電流。此種電流可以放電電容器C，使得在忽略於T5及D5上的任何電壓降之下，一VMID3的輸出電壓係加以獲得。脈衝505可以透過位準轉換器302來加以獲得。
如同在圖5中所示，在t6之後，脈衝500可以藉由透過VG6來提供一正脈衝506至電晶體T6，以從VMID3被降低至0。圖4F係描繪在t6之後的脈衝器201。在此期間，電晶體T6的閘極可以藉由一等於△V的電壓來加以驅動。△V可被選擇以便於產生一導電的通道，並且使得電晶體T6在源極與汲極之間驅動一電流。此種電流可以放電電容器C，使得在忽略於T6上的任何電壓降之下，一個0的輸出電壓係加以獲得。脈衝506可以透過位準轉換器302來加以獲得。
在關聯到圖5的非限制性的例子中，脈衝500是單極的。然而，多位準的脈衝器200並未在此方面受限的。多位準的脈衝器200可以替代地被配置以發送呈現具有正及負電壓的位準之雙極的脈衝。根據本申請 案的另一特點，該多位準的脈衝器200可被視為一多位準的電荷循環的波形產生器，其中電荷循環係在電荷從該輸出電容被轉移回到該電源供應器中時，以減量的步階來發生。根據本申請案的另一特點，儘管該多位準的脈衝器已經被敘述為用來驅動一電容性輸出，但是其亦可被用來驅動一電阻性輸出。
當利用一具有在此所述的類型的位準轉換器時，所節省的功率量可能是相當大的。在某些實施例中，利用一具有在此所述的類型的位準轉換器可以藉由設定靜態的功率消耗為大致零的，以提供顯著的功率節省。於是，功率可以只有在切換狀態期間才被耗散。
至此已經敘述此申請案的技術的數個特點及實施例，所體認到的是各種的改變、修改、及改良都將會輕易地為該項技術中具有通常技能者所思及。此種改變、修改、及改良係欲落在此申請案中所敘述的技術的精神及範疇之內。因此，所欲理解的是先前的實施例只是舉例被呈現而已，並且在所附的申請專利範圍及其等同範圍的範疇之內，本發明的實施例可以與明確所敘述者不同地加以實施。
如先前所述，某些特點可以被體現為一或多種方法。被執行作為該方法的部分的動作可以用任何適當的方式來排序。於是，其中動作係以一不同於所描繪的順序來加以執行的實施例可加以建構，其可包含同時執行某些動作，即使該些動作在舉例說明的實施例中是被展示為依序的動作。
如同在此所界定及使用的所有定義都應該被理解為優於字典的定義、在被納入作為參考的文件中的定義、及/或所定義的術語之普通 的意義。
如同在此的說明書中以及在申請專利範圍中所用的，該措辭"及/或"應該被理解為表示該些因此聯合的元件的"任一或是兩者"，亦即元件在某些情形中是結合地存在，而在其它情形中則是分離地存在。
如同在此的說明書中以及在申請專利範圍中所用的，關於一或多個元件的一表列的措辭"至少一"應該被理解為表示至少一選自該表列的元件中的任一個或多個元件之元件，但是不一定包含明確地被表列在該表列的元件內的每一個元件的至少一個，而且並不排除在該表列的元件中之元件的任意組合。
如同在此所用的，除非另有指出，否則用在數值的背景的術語"介於…之間"係欲為包括在內的意思。例如，除非另有指出，否則"介於A與B之間"係包含A及B。
在申請專利範圍中以及在以上的說明書中，所有例如是"包括"、"包含"、"載有"、"具有"、"含有"、"涉及"、"持有"、"由…所構成"與類似者之轉折的措辭都欲被理解為開放式的，亦即欲表示包含但不限於。只有該轉折的措辭"由…所組成"以及"實質由…所組成"分別才會是封閉或半封閉的轉折的措辭。

Claims (25)

  1. 一種超音波設備，其係包括：至少一超音波換能器，其係在一基板上；以及一在該基板上的多位準的脈衝器，其係耦接至該至少一超音波換能器；該多位準的脈衝器係包含：複數個輸入端子，其係被配置以接收個別的輸入電壓；一輸出端子，其係被配置以提供一輸出電壓；以及一在一第一輸入端子與該輸出端子之間的信號路徑，其係包含一耦接至一第一二極體的具有一第一導電類型的第一電晶體、以及並聯的一耦接至一第二二極體的具有一第二導電類型的第二電晶體。
  2. 如申請專利範圍第1項之超音波設備，其進一步包括一控制器，其係被配置以控制一輸出電容的一充電及放電，以便於提供電荷循環。
  3. 如申請專利範圍第1項之超音波設備，其中該多位準的脈衝器係包括複數個在該第一輸入端子與該輸出端子之間的信號路徑，每一個信號路徑係包含一耦接至一第一二極體的具有一第一導電類型的電晶體、以及並聯的一耦接至一第二二極體的具有一第二導電類型的電晶體。
  4. 如申請專利範圍第1項之超音波設備，其中該輸出電壓係等於一預設的輸入電壓。
  5. 如申請專利範圍第1項之超音波設備，其進一步包括一耦接至該輸出端子的電容器。
  6. 如申請專利範圍第1項之超音波設備，其進一步包括一耦接至該輸出端子的電阻器。
  7. 如申請專利範圍第1項之超音波設備，其中該第一導電類型是pMOS，並且該第二導電類型是nMOS。
  8. 如申請專利範圍第1項之超音波設備，其中該第一二極體係具有一連接至該第一電晶體的陽極、以及一連接至該輸出端子的陰極。
  9. 如申請專利範圍第1項之超音波設備，其中該第二二極體係具有一連接至該第二電晶體的陰極、以及一連接至該輸出端子的陽極。
  10. 一種多位準的脈衝器，其係包括：複數個輸入端子，其係被配置以接收個別的輸入電壓；一輸出端子，其係被配置以提供一輸出電壓；一在一第一輸入端子與該輸出端子之間的信號路徑，其係包含一耦接至一第一二極體的具有一第一導電類型的第一電晶體、以及並聯的一耦接至一第二二極體的具有一第二導電類型的第二電晶體；以及一電容器，其係耦接至該輸出端子。
  11. 如申請專利範圍第10項之多位準的脈衝器，其進一步包括一控制器，其係被配置以控制該電容器的一充電及放電，以便於提供電荷循環。
  12. 如申請專利範圍第10項之多位準的脈衝器，其係包括複數個在該第一輸入端子與該輸出端子之間的信號路徑，每一個信號路徑係包含一耦接至一第一二極體的具有一第一導電類型的電晶體、以及並聯的一耦接至一第二二極體的具有一第二導電類型的電晶體。
  13. 如申請專利範圍第10項之多位準的脈衝器，其中該輸出電壓係等於一預設的輸入電壓。
  14. 如申請專利範圍第10項之多位準的脈衝器，其進一步包括一耦接至該輸出端子的電阻器。
  15. 如申請專利範圍第10項之多位準的脈衝器，其中該第一導電類型是pMOS，並且該第二導電類型是nMOS。
  16. 如申請專利範圍第10項之多位準的脈衝器，其中該第一二極體係具有一連接至該第一電晶體的陽極、以及一連接至該輸出端子的陰極。
  17. 如申請專利範圍第10項之多位準的脈衝器，其中該第二二極體係具有一連接至該第二電晶體的陰極、以及一連接至該輸出端子的陽極。
  18. 一種超音波設備，其係包括：至少一超音波換能器，其係在一基板上，以及一在該基板上的位準轉換器，其係耦接至該至少一超音波換能器，該位準轉換器係包含一輸入端子，其係被配置以接收一輸入電壓；一輸出端子，其係被配置以提供一從該輸入電壓被位準轉換的輸出電壓；一電容器，其係耦接在該輸入端子與該輸出端子之間；以及一二極體，其係以逆向偏壓的配置而耦接在一主動的高電壓元件的一輸入與一高電壓的電源供應器的一第一電壓之間。
  19. 如申請專利範圍第18項之超音波設備，其中該主動的高電壓元件係包括一反相器。
  20. 如申請專利範圍第18項之超音波設備，其中該高電壓的電源供應器係具有兩個電壓，並且其中該第一電壓是該兩個電壓中之一。
  21. 如申請專利範圍第18項之超音波設備，其中該主動的高電壓元件的輸入係耦接至該電容器的一輸出。
  22. 一種位準轉換器，其係包括：一輸入端子，其係被配置以接收一輸入電壓；一輸出端子，其係被配置以提供一從該輸入電壓被位準轉換的輸出電壓；一電容器，其係耦接在該輸入端子與該輸出端子之間；以及一二極體，其係以逆向偏壓的配置而耦接在一主動的高電壓元件的一輸入與一高電壓的電源供應器的一第一電壓之間。
  23. 如申請專利範圍第22項之位準轉換器，其中該主動的高電壓元件係包括一反相器。
  24. 如申請專利範圍第22項之位準轉換器，其中該高電壓的電源供應器係具有兩個電壓並且其中該第一電壓是該兩個電壓中之一。
  25. 如申請專利範圍第22項之位準轉換器，其中該主動的高電壓元件的輸入係耦接至該電容器的一輸出。
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